Les exigences du secteur automobile stimulent la recherche sur le soudage

Ici, nous voyons un 12 pouces. long et 6 pouces. mur d'essai haut et de 4 mm d'épaisseur créé à l'aide de ce processus à faible apport de chaleur. Gerlich considère qu'il s'agit d'une technologie idéale pour remplacer l'utilisation de pièces moulées de grande taille. Université de Waterloo

L'industrie automobile a été un catalyseur de la recherche sur le soudage dans divers domaines, notamment l'assemblage d'aciers à haute résistance et l'assemblage de métaux mixtes. De nouvelles recherches menées par l'Université de Waterloo en collaboration avec Liburdi devraient aider certaines applications automobiles, mais également les procédés de soudage de tuyaux en acier inoxydable et de fabrication additive à l'arc filaire.

"Le travail que nous avons effectué avec Liburdi vise à développer une forme plus cohérente et plus performante de contrôle du soudage à l'arc", a déclaré Adrian Gerlich, professeur au département de génie mécanique et mécatronique de Waterloo et membre du Waterloo Centre for Automotive Research. . Gerlich et son équipe d'associés de recherche, parmi lesquels Emanuel dos Santos et Paulo Costa Assuncao, ont optimisé un ensemble de paramètres de contrôle de l'arc. « Fondamentalement, il s’agit d’un mode amélioré de transfert de matériau par impulsion pour le soudage à l’arc de matériaux sensibles. »

Liburdi appelle son processus contrôlé de transfert de métal en court-circuit le processus de « transfert par immersion ». Ce qui rend le procédé unique, c'est le faible apport de chaleur qu'il produit.

"L'apport de chaleur est de 0,1 kJ par millimètre", a déclaré Gerlich. « Dans les applications d'acier à haute résistance, qui sont essentielles pour l'industrie automobile, nous pouvons obtenir un dépôt de congé extrêmement uniforme avec un apport de chaleur si faible que la distorsion sera minimisée, ce qui signifie moins de dommages et de dégradation de l'acier environnant. En observant les microstructures, vous voyez exactement ce que vous attendez d’une soudure à l’arc typique. Mais l’apport de chaleur est environ la moitié de celui de la plupart des autres procédés avancés de transfert de métaux en court-circuit.

L’avantage secondaire de ce processus à faible transfert de chaleur est de très faibles projections.

"Les gouttelettes sont déposées plusieurs centaines de fois par seconde, et vous n'observez pratiquement aucune éclaboussure, aucun métal n'est éjecté au cours de ce processus", a déclaré Gerlich. "Cela signifie une finition beaucoup plus propre."

Le faible apport de chaleur est proche de la plage du soudage au laser, selon Gerlich.

"Les lasers ont tendance à produire un apport thermique compris entre 0,05 kJ et 0,15 kJ par millimètre sur ces aciers, donc c'est exactement dans cette timonerie", a-t-il déclaré. « L'avantage du soudage à l'arc, bien sûr, est que vous n'avez pas les mêmes exigences en matière d'enceintes de sécurité et d'assemblage de pièces, et que les tolérances sont plus élevées dans le soudage au laser, ainsi que des coûts bien inférieurs.

Bien que précieux dans les applications automobiles, Gerlich considère que ce procédé à très faible transfert de chaleur a l'impact le plus immédiat sur le soudage des tuyaux en acier inoxydable.

"Là où vous rencontrez des défis industriels, c'est que lorsque vous soudez à l'arc des matériaux plus épais, comme dans des canalisations (¼ à 1 pouce), une soudure en acier inoxydable nécessitera généralement un gaz de purge interne", a déclaré Gerlich. « Vous devez boucher intérieurement les extrémités du tuyau et purger le volume intérieur avec du gaz de protection argon pour l'empêcher de s'oxyder et de se teinter thermiquement à la racine intérieure de la soudure.

Nous voyons ici un exemple de soudure d'essai sur un tuyau en acier inoxydable depuis la racine intérieure du tuyau. Image : Rob Pistor / Liburdi

« Ce qui est intéressant à propos de ce mode de soudage à l'arc que nous avons développé, c'est qu'il génère un apport de chaleur si faible qu'il ne teinte pas l'intérieur du tuyau, même sans gaz de support. Pour quiconque doit réaliser ce type de soudage, cela représente une économie astronomique. Une fois qu'il faut purger avec du gaz de protection, il faut des certifications supplémentaires pour manipuler les bouteilles, on a le surcoût de l'argon, des règles de sécurité supplémentaires comme des autorisations pour travailler en espace confiné lorsque les canalisations sont installées sur un module complexe. Tous ces éléments contribuent au coût de votre projet.

L’autre application que les chercheurs de Waterloo ont examinée pour ce processus de dépôt à faible température est la fabrication additive à arc filaire dans l’acier. Les chercheurs ont mené une étude et ont réussi à obtenir une structure murale de 12 pouces de long, 6 pouces de haut et 4 mm d'épaisseur. En utilisant une torche refroidie à l'eau, les chercheurs ont également pu obtenir une base de dureté plus élevée et une plus grande résistance à la traction qu'avec un métal refroidi naturellement.